Robots awtonomi ilhom jaħdmu b'kollaborazzjoni mal-bnedmin fil-qasam tal-manifattura industrijali għal aktar minn nofs seklu. Peress li l-ewwel robot industrijali fid-dinja ġie żviluppat u użat fis-snin 50, l-intrapriżi fdaw robots b'kompiti ingombranti u perikolużi, li jippermettu lill-ħaddiema jiffokaw fuq xogħol aktar speċjalizzat. Illum il-ġurnata, l-applikazzjoni tat-teknoloġija avvanzata tar-robot m'għadhiex limitata għall-qasam industrijali iżda espandiet ukoll għal bosta industriji vertikali bħall-kura tas-saħħa, il-bejgħ bl-imnut u l-agrikoltura.
Sadanittant, skoperti teknoloġiċi f’oqsma bħall-intelliġenza artifiċjali u t-tagħlim tal-magni taw lok għal ġenerazzjoni ġdida ta’ robots aktar intelliġenti. Huma m'għadhomx limitati biex iwettqu kompiti ripetittivi iżda jistgħu jagħmlu xogħol aktar kumpless. Pereżempju, bl-għajnuna ta’ teknoloġiji bħall-viżjoni bil-kompjuter u l-moviment awtonomu, ir-robots jistgħu jimmaniġġjaw diversi kompiti inklużi l-assemblaġġ tal-prodott, spezzjoni tal-kwalità, identifikazzjoni u rispons avvanzat ta’ theddid, eċċ.
Fil-qosor, robots intelliġenti saru assi prinċipali għat-tisħiħ tal-forza tax-xogħol moderna. Il-karatteristiċi ta'-preċiżjoni għolja tagħhom u l-potenzjal kważi illimitat għat-titjib tal-produttività huma insostitwibbli. Madankollu, hekk kif it-talbiet tal-intrapriżi għall-assistenti tar-robot ikomplu jaġġornaw, id-diffikultà tad-disinn ta 'sistemi bħal dawn kibret b'mod esponenzjali, u hemm ħtieġa urġenti għal hardware ta'-latenza baxxa u ta' prestazzjoni-għoli bħal Field Programmable Gate arrays (FPgas) biex jipprovdi appoġġ tekniku.
L-isfidi tad-disinn dejjem aktar prominenti
Robots intelliġenti mgħammra b'intelliġenza artifiċjali jeħtieġ li jkunu mgħammra b'aktar sensuri u attwaturi meta mqabbla ma 'robots tradizzjonali, inklużi kameras, lidars, radars, unitajiet ta' kejl inerzjali (IMUs), encoders tal-muturi, sensuri tal-pressjoni u komponenti oħra. Sadanittant, ir-robot jeħtieġ ukoll li jlesti ħidmiet tal-kompjuters aktar kumplessi f'ħin reali, bħall-ipproċessar tal-viżjoni 3D, lokalizzazzjoni u mapping simultanji (SLAM), u kalkolu tal-punt ta 'qabda.
Dan jeħtieġ li l-ħardwer tas-sistemi rilevanti mhux biss ikollu aktar interfaces ta 'input/output (I/O) biex jadatta għal diversi sensuri, iżda wkoll ikun mgħammar b'moduli ta' proċessar aktar qawwija (bħal unitajiet ta 'proċessar ċentrali (CPU), unitajiet ta' proċessar ta 'grafika (GPU), u unitajiet ta' proċessar ta 'netwerk newrali (NPU)) biex jinkisbu funzjonijiet ta' kompjuters aktar kumplessi. Madankollu, l-isfida li jiffaċċjaw id-disinjaturi hija li billi tiddependi biss fuq moduli tal-ipproċessar bħal cpus, huwa diffiċli li tikkonnettja ma 'diversi sensuri meħtieġa mis-sistema robot, u lanqas ma tista' timmaniġġja b'mod effiċjenti l-ammont massiv ta 'dejta mhux ipproċessata miġbura mis-sensuri.
Ir-raġunijiet għal dan huma, min-naħa waħda, li n-numru ta 'interfaces I/O u l-grad ta' speċjalizzazzjoni tas-cpus ħafna drabi jonqsu milli jissodisfaw it-talbiet tal-iżviluppaturi. Barra minn hekk, sempliċement iż-żieda ta' interfaces mal-proċessur iġġib spejjeż għoljin - interfaces fiżiċi jeħtieġ li jżommu daqs speċifiku biex jiksbu funzjonijiet, u li żżid interfaces ġodda tfisser li jokkupaw aktar żona taċ-ċippa. Dan huwa fundamentalment differenti mill-unitajiet loġiċi li jistgħu faċilment jiġu minjaturizzati u estiżi fi proċessi ta 'manifattura avvanzati.
Anke jekk is-CPU jista 'jipprovdi biżżejjed interfaces I/O adattivi biex jikkonnettja ma' robots intelliġenti u jittrasmetti direttament l-ammont kbir ta 'dejta mhux ipproċessata miġbura minn sensuri lill-unità tal-ipproċessar, għad hemm problema ta' effiċjenza baxxa tal-enerġija. Barra minn hekk, is-CPU mhuwiex iddisinjat għall-ħidmiet ta' pproċessar-ħin reali meħtieġa minn robots intelliġenti. Jekk il-kompiti ewlenin bħall-fużjoni tas-sensuri jiġu ttrattati mis-CPU, dan jikkawża dewmien sinifikanti fis-sistema u jnaqqas ħafna l-effiċjenza operattiva tar-robot.
Fortunatament, id-disinjaturi u l-iżviluppaturi tal-ħardwer qed jikkonċentraw fuq l-iżvilupp ta' diversi prodotti innovattivi biex ipattu għan-nuqqasijiet tekniċi msemmija hawn fuq-, u l-FPGA hija waħda minnhom.
FPGA: Soluzzjoni ta 'hardware siewja ħafna
FPGA huwa mezz semikonduttur flessibbli ħafna li jista 'jservi bħala "pont" bejn sensuri, attwaturi u cpus, li jipprovdi lill-iżviluppaturi b'interfaces I/O varji u numerużi meħtieġa għall-konnessjoni ta' sistemi ta 'robot intelliġenti. Sadanittant, bil-qawwa tal-kompjuters ta '-ħin reali ħdejn it-tarf tas-sensorju, FPGA tista' twettaq il-kompiti ta 'proċessar dedikati sottostanti ta' diversi sensuri, tirrilaxxa r-riżorsi tal-kompjuters tas-sistema, u tgħin biex toħloq robots aktar intelliġenti u responsivi li l-intrapriżi jeħtieġu.
Wara li l-ewwel saff tal-ipproċessar tad-dejta jitlesta mill-FPGA, id-dejta tiġi trażmessa lis-CPU permezz ta' kanali standardizzati ta'-bandwidth għoli. Permezz ta 'dan il-metodu ta' qsim tal-kompitu, FPGA tista 'taqsam parti mit-tagħbija tal-kompjuters mas-CPU, tiffranka l-konsum tal-enerġija biex tappoġġja kompiti tal-kompjuters ta' ordni ogħla-bħal ippjanar tat-trajettorja, analiżi tal-clusters, u skoperta ta 'oġġetti, li tippermetti lis-CPU jiffoka fuq l-immaniġġjar tal-ottimizzazzjoni u t-teħid ta' deċiżjonijiet-ħidmiet li huma diffiċli biex jinkisbu fil-livell tal-hardware.
Din l-arkitettura tal-ħardwer tista’ wkoll tgħin lill-iżviluppaturi jegħlbu t-tipi ta’ sfidi tekniċi li ġejjin:
Konnettività: Il-ħardwer FPGA għandu grad estremament għoli ta 'adattament u jista' jipprovdi aktar interfaces I/O minn cpus. L-iżviluppaturi jistgħu jgħaqqdu u jikkontrollaw aktar sensuri u attwaturi permezz ta 'interfaces varji bħal Ethernet, Serial Peripheral Interface (SPI), High Definition Multimedia Interface (HDMI), u Mobile Industry Processor Interface (MIPI), u l-ispiża hija ħafna inqas milli żżid interfaces ġodda mal-unità prinċipali tal-ipproċessar. Barra minn hekk, l-FPgas jappoġġjaw ukoll livelli ta' vultaġġ multipli u protokolli ta' komunikazzjoni mhux-standard, li jipprovdu lill-iżviluppaturi b'aktar għażliet biex jadattaw għal xenarji ta' applikazzjoni differenti.
Konsum tal-enerġija: FPGA jista' jikseb kompjuters paralleli ta' livell-hardware ħdejn is-sensuri tar-robot. Billi tipproċessa d-dejta lokalment f'ħin reali u mbagħad tittrasmettiha lis-CPU, tnaqqas b'mod effettiv il-konsum ġenerali tal-enerġija tas-sistema.
Latency: Il--qawwa tal-kompjuters b'veloċità għolja tal-FPGA tista' taċċellera l-ipproċessar tal-kompiti ewlenin bħall-fużjoni tas-sensuri - dan il-kompitu jista 'jintegra d-dejta miġbura minn sensors differenti bħal kameras u lidars biex jiffurmaw stampa ta' perċezzjoni ambjentali kompluta, u b'hekk ittejjeb l-eżattezza tal-ġudizzju u l-kapaċità tat-teħid ta' deċiżjonijiet- tar-robots. Ħu l-veloċità tal-kompjuter bħala eżempju. Is-sensor tal-liDAR VLP16 jittrasmetti 384 sett ta 'dejta tad-distanza lin-netwerk kull 1.32 millisekondi, filwaqt li l-FPGA teħtieġ biss madwar 0.32 millisekondi biex tlesti l-ipproċessar ta' dan il-lott ta 'dejta, b'veloċità tal-kompjuters ta' 100 miljun darba kull sekonda.
Filwaqt li bbażat ruħha fuq il-vantaġġi tekniċi varji tal-FPGA, id-disinjaturi jistgħu jinstallaw b'mod flessibbli diversi sensuri skont il-bżonnijiet tagħhom, ikissru l-limitu ta 'fuq tal-prestazzjoni ta' robots intelliġenti, u jsolvu b'mod effettiv il-konsum tal-enerġija u l-problemi ta 'dewmien tas-sistema fl-istess ħin.
Ingħaqad l-idejn biex toħloq robots aktar intelliġenti
Hekk kif id-domanda għal robots aktar intelliġenti u veloċi f'diversi industriji qed tkompli tiżdied, l-iżviluppaturi qed jiffaċċjaw sfidi ġodda: iddisinjar ta 'sistemi ta' robot b'rendiment aħjar mingħajr ma jnaqqsu r-riżorsi. Biex jintlaħaq dan il-għan, l-iżviluppaturi qed jiddependu dejjem aktar fuq id-disinn tal-ħardwer u l-intrapriżi tal-manifattura biex jaġġornaw kontinwament il-komponenti ewlenin tar-robots. Iż-żewġ naħat qed jaħdmu lejn l-għan komuni li "jtejbu l-prestazzjoni tar-robot filwaqt li jnaqqsu l-ispejjeż, il-konsum tal-enerġija u l-latency", jagħmlu l-iżvilupp futur tal-qasam tar-robotika mimli possibbiltajiet infiniti.
